CN115139051A - 一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，可在密闭工作室内对由输送台辅助送入的工件实施夹持，进行纵缝自动焊接；主要部件包括工件夹持装置、工件校正装置。工件夹持装置包括上部夹持机构、下部夹持机构以及安装在下部夹持机构中的升降构件和侧向推力构件。本发明的侧向夹持机构，即克服了人工操作带来的质量不稳的问题，又改善了常规工装没有侧向夹持引起的工件夹持过程的纵缝变形情况，具有方便、稳定、准确等优点；一方面，装夹、校准基本不需太多的人力，便于操作，放宽了上岗人员的工作技能要求，节约了人力资源，另一方面，焊接工装设置在密闭的环境中，减少了焊接产生的废气、烟尘在操作场所的弥漫，净化了生产环境。

Description

一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装

技术领域

本发明属于焊接工装技术领域，具体涉及一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装。

背景技术

圆钢管是一种被广泛用于机械制造行业的钢制品型材，虽然现有的圆管型号很多，但是，总是有些地方会用到市面上找不到的非标圆管，特别是一些用于化工、压力容器等方面口径比较大的圆管体，这时候只能选择钢板卷圆焊接。

非标圆管纵缝的焊接，数量不多的，不会特意制作工装，由焊接人员手持焊具直接焊接，因其缺少稳定，时常会质量不达标；使用了焊接工装的，工装的夹持范围也比较窄，基本是只能夹持一种规格的圆管，而工装的侧向没有夹持装置，装夹时纵向摆放的圆管的纵缝常会发生变形扩大的现象，往往需要先点焊固定；如果夹持过程出现工件偏离，也需松开夹持，手工调整合格后再操作，比较费时费力；而圆管的纵缝都比较长，目前长距离焊接多采用自动焊接，对于自动焊接更需要一个夹持牢固、定位准确的辅助工装。

另一方面，由于圆管纵缝的焊接长度较长，造成持续焊接的时间也较长，敞开环境下，就比较容易受外界环境如温度、风力等因素影响，从而影响焊接质量，而在焊接的过程中，热源对焊件进行了不均匀的加热，焊后金属沿焊缝收缩时受到焊件低温部分的阻碍，整个工件纵、横向尺寸有一定量缩短，因此还需要具有焊前预热，这样焊后焊件的变形和焊接应力能够相对较小。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，可以比较好的解决了背景技术中的问题，既为保质保量的焊接，提供一种方便、迅速、准确的焊接工装，也为自动焊接提供了稳定、可靠的工装平台和工作环境。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，安装在密闭工作室中，可在密闭工作室内对由输送台辅助送入的工件实施夹持，进行纵缝自动焊接；主要部件包括工件夹持装置、工件校正装置。工件夹持装置包括上部夹持机构、下部夹持机构以及安装在下部夹持机构中的升降构件和侧向推力构件。

作为优选，上部夹持机构主要包括压紧构件、焊枪构件，上部气缸，与上部气缸的输出轴连接的气缸连接板，固定设置在气缸连接板两端的驱动柱，套设在驱动柱外周的导套；上部气缸底部固定在密闭工作室的上壁，导套穿越密闭工作室的上壁并固定，驱动柱与导套滑动装配，使得驱动柱一段在密闭工作室外，一段在密闭工作室内；下部夹持机构主要部件包括底部夹持构件、侧向夹持构件。对工件采用了多方位的夹持，能够更好的控制焊接变形。

作为优选，上部夹持机构还包括与驱动柱的端头固定连接的压紧构件和设置在压紧构件下部的接触件压脚；压紧构件的四边通过四根导柱由导柱固定座固定在密闭工作室上壁，驱动柱的移动可带动压紧构件的升降，由接触件压脚压牢工件，压紧构件中设有导向槽，焊枪构件可顺着导向槽在工件的长度方向匀速移动。

作为优选，下部夹持机构的固定结构部分主要包括基座，分别固定设置在基座两端上部的两个安装支架和下部的两个的机脚，设置在基座中间位置的气缸固定座，用于连接机脚的机脚固定座，分别设置在支架两根直立方柱外侧的两个导向套以及分别设置在支架两根直立方柱内侧的导轨。

作为优选，升降构件的可动结构部分包括安装在气缸固定座上的升降驱动气缸，安装在升降驱动气缸输出轴端的工作台，分别设置在工作台两端底部的固定架，与导轨滑动配合的导轨槽，成对对称安装在工作台的上端面中心线两侧的两组滚轮柱，固定架外侧面与导轨槽固定连接，使导轨槽和工作台沿着导轨同步移动，底部夹持构件对称安装在工作台中心线两侧。

作为优选，底部夹持构件包括固定在工作台上的夹持驱动气缸，固连在夹持驱动气缸的输出轴端的驱动轴套，通过销轴铰接在工作台上的夹持板，套装在夹持驱动气缸的输出轴上的推拉杆；夹持板分置在工作台中心线两侧，每侧两块，夹持板的受力点由销柱铰接在驱动轴套的上部扁平端，每个夹持板的夹持面上分别嵌装两个滚轮，推拉杆的升降，通过斜面滑动连接的方式向侧向推力构件传递动力。

作为优选，侧向推力构件包括与推拉杆倾斜滑动连接的受力杆，分别铰接在受力杆上的解锁杆、推力杆，安装在推力杆沉槽内的压簧、齿条。

作为优选，侧向夹持构件包括与导轨滑动配合的支座，通过支轴铰接在支座上的夹臂，设置在夹臂中可拆卸固定连接的定位制动片，设置在定位制动片上方的与定位制动片可锁定配合的制动闸，可滑移的套合在制动闸上的两根导向杆，设置在两根导向杆之间的扣杆，一端固定在导轨槽侧边另一端固定在支座侧边的同步固定板以及位置可调地固定在夹臂的工作面的压轮。

作为优选，两根导向杆分布在夹臂两侧对称，夹臂下端头加工成齿轮状，呈半圆齿轮，与齿条啮合，以同步固定板使工作台和支座能够同步移动，定位制动片与夹臂位置拆卸后可移动固定，导向杆上端套装有复位弹簧，下端插装在导向套内，解锁杆中设有凹槽。

综上，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的侧向夹持机构，即克服了人工操作带来的质量不稳的问题，又改善了常规工装没有侧向夹持引起的工件夹持过程的纵缝变形情况，且具有线性的夹持调节范围，具有可夹持的范围广，作业方便、稳定、准确等优点；一方面，装夹、校准基本不需太多的人力，自动完成焊接作业，便于操作，放宽了上岗人员的工作技能要求，节约了人力资源，降低了劳动成本，提高了生产效率。另一方面，焊接工装设置在密闭的环境中，阻隔了外界环境因素的影响，还设置焊前预热，密闭的环境中也可以设置保温缓冷来提高焊接性能，同时可以对焊接产生的废气、烟尘集中收集，避免在操作场所的弥漫，净化了生产环境。

附图说明

图1为本发明的整体外形结构示意图；

图2为本发明的正视结构示意图；

图3为本发明工件夹持装置结构示意图；

图4为本发明工件校正装置结构示意图；

图5为上部夹持机构的局部示意图；

图6为内部固定结构的局部示意图；

图7-8为内部移动结构的局部示意图；

图9为底部夹持构件的结构示意图；

图10为侧向推力构件的结构示意图；

图11-12为侧向夹持构件的结构示意图；

图13为图6中A处的局部放大图。

图中标记：01-密闭工作室、02-输送台、100-工件夹持装置、110-上部夹持机构、111-上部气缸、112-气缸连接板、113-驱动柱、116-压紧构件、117-压脚、118-焊枪构件、119-导套、120-下部夹持机构、121-基座、122-支架、123-导轨、124-气缸固定架、125-导向套、126-机脚、127-机脚固定座、130-升降构件、131-升降驱动气缸、132-工作台、133-固定架、134-导轨槽、135-滚轮柱、140--底部夹持构件、141-夹持驱动气缸、142-驱动轴套、143--夹持板、144-销轴、145-滚轮、146-销柱、147-推拉杆、150-侧向推力构件、151-受力杆、152-解锁杆、153-推力杆、154-压簧、155-齿条、160-侧向夹持构件、161-夹臂、162-支轴、164-定位制动片、165-制动闸、166-弹簧挡板、167-复位弹簧、168-升降杆、169-扣板、171-压轮、172-支座、173-同步固定板、200-工件校正装置、210-感应组件、220-滚动调节机构、301-导向槽、302-半圆齿轮、303-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图所表示的实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

如图1-4所示，一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，安装在密闭工作室01中，可在密闭工作室01内对由输送台02辅助送入的工件实施夹持，进行纵缝自动焊接；主要部件包括工件夹持装置100、工件校正装置200。工件夹持装置100包括上部夹持机构110、下部夹持机构120以及安装在下部夹持机构120中的升降构件130和侧向推力构件150，上部夹持机构110主要包括压紧构件116、焊枪构件118，下部夹持机构120主要部件包括底部夹持构件140、侧向夹持构件160，各夹持机构通过气动驱动对工件夹持锁紧，由工件校正装置200确定焊缝位置准确后，焊枪构件118在纵缝上方匀速移动、自动完成纵缝焊接。

如图5所示，上部夹持机构110主要组成部分包括上部气缸111，与上部气缸111的输出轴连接的气缸连接板112，固定设置在气缸连接板112两端的驱动柱113，套设在驱动柱113外周的导套119；上部气缸111底部固定在密闭工作室01的上壁，导套119穿越密闭工作室01的上壁并固定，驱动柱113与导套119滑动装配，使得驱动柱113一段在密闭工作室01外，一段在密闭工作室01内；

上部夹持机构110还包括与驱动柱113的端头固定连接的压紧构件116和设置在压紧构件116下部的接触件压脚117；压紧构件116的四边通过四根导柱由导柱固定座固定在密闭工作室01上壁，驱动柱113的移动可带动压紧构件116的升降，由接触件压脚117压牢工件，压紧构件116中设有导向槽301，焊枪构件118可顺着导向槽301在工件的长度方向匀速移动。

如图6所示，下部夹持机构120的固定结构部分主要包括基座121，分别固定设置在基座121两端上部的两个安装支架122和下部的两个的机脚126，设置在基座121中间位置的气缸固定座124，用于连接机脚126的机脚固定座127，分别设置在支架122两根直立方柱外侧的两个导向套125以及分别设置在支架122两根直立方柱内侧的导轨123；以上各零件是工装的稳定部分，为工装的可动部分升降构件130的安装接入确定了基础。

如图7-8所示，升降构件130的可动结构部分包括安装在气缸固定座124上的升降驱动气缸131，安装在升降驱动气缸131输出轴端的工作台132，分别设置在工作台132两端底部的固定架133，与导轨123滑动配合的导轨槽134，成对对称安装在工作台132的上端面中心线两侧的两组滚轮柱135，

固定架133外侧面与导轨槽134固定连接，使导轨槽134和工作台132沿着导轨123同步移动，底部夹持构件140对称安装在工作台132中心线两侧。

如图9所示，底部夹持构件140包括固定在工作台132上的夹持驱动气缸141，固连在夹持驱动气缸141的输出轴端的驱动轴套142，通过销轴144铰接在工作台132上的夹持板143，套装在夹持驱动气缸141的输出轴上的推拉杆147；夹持板143分置在工作台132中心线两侧，每侧两块，夹持板143的受力点由销柱146铰接在驱动轴套142的上部扁平端，每个夹持板143的夹持面上分别嵌装两个滚轮145，用以承载工件，方便工件锁定前的圆管周向转动，推拉杆147的升降，通过斜面滑动连接的方式向侧向推力构件150传递动力。

如图10所示，侧向推力构件150包括与推拉杆147倾斜滑动连接的受力杆151，分别铰接在受力杆151上的解锁杆152、推力杆153，安装在推力杆153沉槽内的压簧154、齿条155，因推动夹持板143上升的纵向位移和推力杆153传递给侧向夹持构件160外伸的横向位移不一定同步到位，为确保横向位移跟纵向位移不干涉，利用压簧154的伸缩性能消化吸收推力杆153多余的横向外伸。

如图11-13所示，侧向夹持构件160包括与导轨123滑动配合的支座172，通过支轴162铰接在支座172上的夹臂161，设置在夹臂161中可拆卸固定连接的定位制动片164，设置在定位制动片164上方的与定位制动片164可锁定配合的制动闸165，可滑移的套合在制动闸165上的两根导向杆168，设置在两根导向杆168之间的扣杆169，一端固定在导轨槽134侧边另一端固定在支座172侧边的同步固定板173以及位置可调地固定在夹臂161的工作面的压轮171；定位制动片164在本实施例中设置的结构是两侧为阵列的间隔设置的齿形外凸状，制动闸165则是匹配相邻两个齿形外凸状的间距设置外凸，当制动闸165下落时落在间隔位置，使定位制动片164得到锁定。定位制动片164和制动闸165也可以是任意其他形式的结构。

两根导向杆168分布在夹臂161两侧对称，夹臂161下端头加工成齿轮状，呈半圆齿轮302，与齿条155啮合，以同步固定板173使工作台132和支座172能够同步移动，定位制动片164与夹臂161位置拆卸后可移动固定由此来匹配不同规格圆管时调节位置，导向杆168上端套装有复位弹簧167，下端插装在导向套125内，通过在复位弹簧167上端设置弹簧挡板166来控制弹簧的有效做功长度，解锁杆152中设有凹槽303，在解锁杆152没有动作时扣杆169沉没在凹槽303中，压轮171作为夹持工件时的接触点，以便校准焊缝时圆管可以周向移动。

工件校正装置200主要由感应组件210、滚动调节机构220两部分组成，在下部夹持机构120完成夹持后，对非圆管需焊接纵缝的位置进行检测、校准，准确无误后，上部夹持机构110启动。

各部件所包括的都是一个机构的零件，其中的下部夹持机构120由多个排列组成，根据非标圆管的长短，确定下部夹持机构120的排列数目，一般以偶数对为好。

使用时，下部夹持机构120进入工作程序，根据非标圆管的直径大小，调整升降构件130的工作位置，由升降驱动气缸131将工作台132升降至合适的高度，同时调整输送台02的高度，以适合工件输送进入密闭工作室01，手工调整压轮171、定位制动片164与制动闸165的结合体至工作位置；工件通过输送台02推入密闭工作室01后，启动底部夹持构件140，夹持驱动气缸141输出轴上升，带动驱动轴套142一起上升，将安装在驱动轴套142上端的夹持板143顶起成V形状，由滚轮145与工件接触，将工件托抱住，同时，固定在夹持驱动气缸141的输出轴上的推拉杆147同步上升，在受力杆151的斜面配合作用下，受力杆151向外移动，带动连接其上的解锁杆152、推力杆153一起外伸，解锁杆152外伸时，利用其头部的锥体斜角将扣杆169顶起，带动与扣杆169固定连接的升降杆168上升，推开卡抱在定位制动片164上的制动闸165，侧向夹持构件160解锁，进入工作状态，解锁杆152解锁的同时，安装在推力杆153内的齿条155推动与其啮合的半圆齿轮302转动，推动夹臂161自由端做半圆运动，压向工件，由压轮171与工件接触，将工件夹持固定，此刻凹槽303已移至扣杆169下方，在复位弹簧167的压迫下，升降杆下移，扣杆169沉入凹槽303，定位制动片164再次被制动闸165卡抱，夹臂161被固定锁死，由工件校正装置200的感应组件210对工件的待焊接处再做检测、由滚动调节机构220调整校准后，启动上部夹持机构110，上部气缸111输出轴缩回，带动固定在气缸连接板112上的驱动柱113下行，连接在驱动柱113下端的压紧构件116落下，固定在压紧构件116的压脚117紧压在焊缝两侧，既确保拼接处平整，又使整个工件被完全锁定，焊枪构件118开启前应检查密闭工作室01门封情况，一切正常后，焊枪构件118开始工作，沿焊缝平稳移动，完成非标圆的纵向焊接，这里的压脚由电热棒制作，可对工件焊接处实施预热，减少焊接应力，特别是对焊接性能不好的诸如中碳钢等钢材，焊前预热不仅能消除部分焊接应力，还能提升它们的焊接性能，降低焊接缺陷的产生。

复位时，需将侧向夹持构件160的复位设置在制动闸165解锁之后，为此如图13中所示，齿条155为具有一段滑移距离的设置在推力杆153中且远离升降杆168的一端压簧154，这样在启动回退的时候，先使其齿条滑移的压缩压簧154也就是初始啮合无效，制动闸165解锁后，齿条在压簧154的反弹下将侧向夹持构件复位。

需要注意，凹槽303的设置位置即凹槽303与解锁杆152的锥体之间的距离需要与待焊接非标圆管的直径规格相匹配，鉴于解锁杆152整体结构小制作成本低，因此可以根据实际情况按需要规格制备。

文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，安装在密闭工作室（01）中，可在密闭工作室（01）内对由输送台（02）辅助送入的工件实施夹持，进行纵缝自动焊接；主要部件包括工件夹持装置（100）、工件校正装置（200）。

2.所述工件夹持装置（100）包括上部夹持机构（110）、下部夹持机构（120）以及安装在下部夹持机构（120）中的升降构件（130）和侧向推力构件（150）。

3.根据权利要求1所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述上部夹持机构（110）主要包括压紧构件（116）、焊枪构件（118），上部气缸（111），与上部气缸（111）的输出轴连接的气缸连接板（112），固定设置在气缸连接板（112）两端的驱动柱（113），套设在驱动柱（113）外周的导套（119）；上部气缸（111）底部固定在密闭工作室（01）的上壁，导套（119）穿越密闭工作室（01）的上壁并固定，驱动柱（113）与导套（119）滑动装配，使得驱动柱（113）一段在密闭工作室（01）外，一段在密闭工作室（01）内；下部夹持机构（120）主要部件包括底部夹持构件（140）、侧向夹持构件（160）。

4.根据权利要求2所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述上部夹持机构（110）还包括与驱动柱（113）的端头固定连接的压紧构件（116）和设置在压紧构件（116）下部的接触件压脚（117）；压紧构件（116）的四边通过四根导柱由导柱固定座固定在密闭工作室（01）上壁，驱动柱（113）的移动可带动压紧构件（116）的升降，由接触件压脚（117）压牢工件，压紧构件（116）中设有导向槽（301），焊枪构件（118）可顺着导向槽（301）在工件的长度方向匀速移动。

5.根据权利要求3所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述下部夹持机构（120）的固定结构部分主要包括基座（121），分别固定设置在基座（121）两端上部的两个安装支架（122）和下部的两个的机脚（126），设置在基座（121）中间位置的气缸固定座（124），用于连接机脚（126）的机脚固定座（127），分别设置在支架（122）两根直立方柱外侧的两个导向套（125）以及分别设置在支架（122）两根直立方柱内侧的导轨（123）。

6.根据权利要求4所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述升降构件（130）的可动结构部分包括安装在气缸固定座（124）上的升降驱动气缸（131），安装在升降驱动气缸（131）输出轴端的工作台（132），分别设置在工作台（132）两端底部的固定架（133），与导轨（123）滑动配合的导轨槽（134），成对对称安装在工作台（132）的上端面中心线两侧的两组滚轮柱（135），固定架（133）外侧面与导轨槽（134）固定连接，使导轨槽（134）和工作台（132）沿着导轨（123）同步移动，底部夹持构件（140）对称安装在工作台（132）中心线两侧。

7.根据权利要求5所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述底部夹持构件（140）包括固定在工作台（132）上的夹持驱动气缸（141），固连在夹持驱动气缸（141）的输出轴端的驱动轴套（142），通过销轴（144）铰接在工作台（132）上的夹持板（143），套装在夹持驱动气缸（141）的输出轴上的推拉杆（147）；夹持板（143）分置在工作台（132）中心线两侧，每侧两块，夹持板（143）的受力点由销柱（146）铰接在驱动轴套（142）的上部扁平端，每个夹持板（143）的夹持面上分别嵌装两个滚轮（145），推拉杆（147）的升降，通过斜面滑动连接的方式向侧向推力构件（150）传递动力。

8.根据权利要求6所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述侧向推力构件（150）包括与推拉杆（147）倾斜滑动连接的受力杆（151），分别铰接在受力杆（151）上的解锁杆（152）、推力杆（153），安装在推力杆（153）沉槽内的压簧（154）、齿条（155）。

9.根据权利要求7所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述侧向夹持构件（160）包括与导轨（123）滑动配合的支座（172），通过支轴（162）铰接在支座（172）上的夹臂（161），设置在夹臂（161）中可拆卸固定连接的定位制动片（164），设置在定位制动片（164）上方的与定位制动片（164）可锁定配合的制动闸（165），可滑移的套合在制动闸（165）上的两根导向杆（168），设置在两根导向杆（168）之间的扣杆（169），一端固定在导轨槽（134）侧边另一端固定在支座（172）侧边的同步固定板（173）以及位置可调地固定在夹臂（161）的工作面的压轮（171）。

10.根据权利要求8所述的非标圆管纵缝自动密闭焊接工装，其特征在于，所述两根导向杆（168）分布在夹臂（161）两侧对称，夹臂（161）下端头加工成齿轮状，呈半圆齿轮（302），与齿条（155）啮合，以同步固定板（173）使工作台（132）和支座（172）能够同步移动，定位制动片（164）与夹臂（161）位置拆卸后可移动固定，导向杆（168）上端套装有复位弹簧（167），下端插装在导向套（125）内，解锁杆（152）中设有凹槽（303）。

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